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本文针对复合地基承载力问题,通过系统的静载荷试验,配合其它原位及室内实验,开展了针对复合地基承载力的相关研究。基于原状土、桩间土、单桩、单桩复合至六桩复合等一系列原位试验研究,力图揭示复合地基在不同桩数条件下的强度与变形规律。
通过二维、三维数值仿真分析,研究复合地基基底应力、应变和位移与桩数的变化关系,以及复合地基应力场、位移场的分布规律,并对承载比、沉降比及经验公式进行了二维、三维对比验证。最后利用复杂性原理分析、解释了复合地基中承载力多值问题的本质原因及数学表达方法,得出了一些重要结论。
原位试验研究表明:地基土体在高荷载作用下存在明显的二次屈服现象,桩间土在桩体约束下其极限承载力比原状土提高2倍左右,现有方法将桩间土按原状土承载力进行设计的方法显然忽视了桩间土的承载潜力。水泥土搅拌桩体的破坏模式不具有唯一性,其破坏模式与桩体刚度密切相关。
复合地基承载力与变形可以用承载比和沉降比两个参数反映,这两个参数分别符合负对数和对数关系,其数值大小与场地地基土性质密切相关,并受荷载、承载板面积、多桩复合中桩数等的影响,是变量。
对于确定的场地,这两个参数可以反映复合地基承载力、沉降的特点,依据其符合的对数关系可推测多桩复合地基承载力衰减情况以及沉降量增长幅度。
有限元分析结果表明:单桩复合~3桩复合不具备多桩复合地基的特点,4桩复合是一个特殊的过渡复合形式,6桩复合已具备多桩复合的基本特征,7~9桩复合是多桩复合地基特征逐步稳定变化的过渡阶段,12~20桩的复合地基特征基本稳定,可将20桩复合分析结果作为复合地基基本特征值的近似真值。
复合地基复杂度分析中复合地基承载力组成分析结果表明:各种原位测试验结果构成了复合地基承载力的评价依据,它们是复合地基承载力的组成部份。
各试验结果的分布规律研究表明:它们均符合一定的函数关系,因此可用数学关系定量表示各参数的分布规律,如:轻型动力触探试验结果符合负指数函数分布,标准贯入试验结果符合幂函数分布,静力触探的锥尖摩阻力符合极值函数分布,侧壁摩阻力分布符合负指数分布,静载荷试验荷载与沉降的关系较符合幂函数分布等。
在此基础上对这些分布规律的数学关系及物理力学背景进行了探讨,给出了各种分布规律应满足的数学、物理条件;以分布规律满足的数学表达式为出发点,利用复杂度原理解释了承载力多值的必然性,以及不同桩数复合地基的复杂度计算方法与比较分析结果;最后初步建立了复合地基承载力评价方法。